智能電動車的設(shè)計與研究.doc

2011屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：智能電動車的設(shè)計與研究作者姓名：學號：系(院)：機械與電子工程學院專業(yè)：電子信息工程指導教師姓名：指導教師職稱：講師2011年3月30日摘要本系統(tǒng)采用AT89C52芯片做為中心控制器來實現(xiàn)智能電動車的控制功能。整個系統(tǒng)包括：電源控制系統(tǒng)、各種傳感器檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)。電源控制系統(tǒng)使用低壓差的LM2940穩(wěn)壓芯片代替常用的78系列，采用兩路供電，一路單獨為單片機供電，另一路提供驅(qū)動模塊和傳感器等的工作電壓。在驅(qū)動模塊里我們采用了L298N作為電機驅(qū)動芯片，引腳A、B可用于PWM控制，僅用單片機的兩個端口給出PWM信號控制A、B即可實現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動作。系統(tǒng)使用紅外模塊進行循跡和避障，首先沿黑線前進，在黑線消失的時候使用尋光模塊尋找光源前進，并在指定位置停車。關(guān)鍵詞：智能；循跡；避障；尋光ABSTRACTThissystemadoptsAT89C52chip-centriccontrollertorealizeintelligentelectriccontrolfunctions.Theentiresystemincluding:adetectionsystem，apowercontrolsystem,sensorsandadatadisplaysystem.LM2940ofpowersupplycontrolsystemusinglow-voltagechipinsteadoftheusual78series.powersupplyswithtwowaysoneformicrocontroller,andanotherforthedrivingmoduleandsensors.DrivermodulesweuseL298Nasmotordrivechip,pina,b,canbeusedforPWMcontrolled,microcontrolleronlytwoportstothePWMsignalcontrollingofa,b,canberealized,turning,straightlineaccelerationanddeceleration.Ourtrackingandobstacleavoidanceusinginfraredmodule,firstalongtheblacklines,blacklinesdisappearwhenusingsearchmoduletofindlightsthewayforward,andstopataspecifiedlocation.Keywords：intelligence；tracking；avoidance；seeklight目錄緒論.11.功能概述和方案設(shè)計.21.1功能概述.21.2方案設(shè)計.31.2.1電動車車體設(shè)計.31.2.2中央處理模塊.31.2.3電源穩(wěn)壓模塊.31.2.4電機驅(qū)動模塊.31.2.5車速檢測模塊.41.2.6紅外模塊.52.系統(tǒng)硬件設(shè)計.72.1電源穩(wěn)壓模塊設(shè)計.72.2電機驅(qū)動模塊設(shè)計.82.3測速模塊設(shè)計.92.4紅外模塊設(shè)計.102.5顯示電路設(shè)計.122.6光源檢測電路.143.系統(tǒng)軟件設(shè)計.16結(jié)論.17參考文獻.18附錄.19致謝.197宿州學院畢業(yè)論文（設(shè)計）緒論1緒論隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受到人們的廣泛關(guān)注，而汽車的智能化已成為科技發(fā)展的新方向。智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預先設(shè)定的模式在特定環(huán)境中自動的運作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學勘探等的用途。智能電動車是一個多種高新技術(shù)的集成體，運用傳感器、單片機、信號處理、電機驅(qū)動及自動控制等技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境感知和自動行駛為一體的高新技術(shù)綜合體，它融合了機械、電子、傳感器、微計算機硬件、軟件、人工智能等許多學科的知識，涉及到當今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)，它在軍事、民用和科學研究等方面已獲得了應(yīng)用。而單片機以其強大的控制能力已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，配以各種接口傳感器可以實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。無論是在工業(yè)控制領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域、還是在國防軍事領(lǐng)域、航天航空領(lǐng)域，微控制器都起著舉足輕重的作用。從最初的8位控制器到現(xiàn)在的16位、32位控制器都還有很大的發(fā)展和應(yīng)用空間。此次設(shè)計的智能電動車是基于單片機控制及傳感器技術(shù)的，實現(xiàn)的功能是小汽車可自動尋跡行駛，并且能夠利用紅外傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障、尋光及自動停車，停車后顯示里程、時間。宿州學院畢業(yè)論文（設(shè)計）功能概述和方案設(shè)計21.功能概述和方案設(shè)計1.1功能概述圖1-1行駛路線示意圖本系統(tǒng)要求設(shè)計并制作一個智能電動車，其行駛路線示意圖如圖1-1所示：電動車從起跑線出發(fā)，沿寬度為2cm的黑色引導線到達B點，然后進入“彎道區(qū)”，沿圓弧引導線到達C點。電動車在光源的引導下，通過障礙區(qū)進入停車區(qū)并到達車庫。電動車必須在兩個障礙物之間通過且不得與其接觸，完成上述任務(wù)后立即停車。圖1-2為系統(tǒng)總體框圖：圖1-2系統(tǒng)總體框圖紅外傳感器（避障）紅外對管（線路跟蹤）光敏傳感器（尋找光源）單片機（89C52）電機驅(qū)動電路2只電機A/DLCD電源電路宿州學院畢業(yè)論文（設(shè)計）功能概述和方案設(shè)計31.2方案設(shè)計1.2.1電動車車體設(shè)計本設(shè)計采用的車體，是在已有玩具電動車的基礎(chǔ)上進行了改裝。購買的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪、電機及其驅(qū)動電路。玩具電動車具有如下特點：一是各傳感器安裝方便，二是雙電機控制，這樣電動車就可以進行原地90-180度的轉(zhuǎn)彎。1.2.2中央處理模塊控制器本系統(tǒng)使用的是AT89C52芯片，AT89C52屬于51單片機系列，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。1.2.3電源穩(wěn)壓模塊電源是整個系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提，因此必須有一個合理的電源設(shè)計，對于小車來說電源設(shè)計應(yīng)注意兩點：（1）與一般的穩(wěn)壓電源不同，電動車的電池電壓為四節(jié)干電池6V，還要考慮在電池損耗的情況下電壓的降低，因此常用的78系列穩(wěn)壓芯片不再能夠滿足要求，因此必須采用低壓差的穩(wěn)壓芯片，設(shè)計中我們使用的是LM2940穩(wěn)壓芯片。LM2940系列是輸出電壓固定的低壓差三端端穩(wěn)壓器；輸出電壓有5V、8V、10V多種；最大輸出電流1A；輸出電流1A時，最小輸入輸出電壓差小于0.8V；最大輸入電壓26V；工作溫度-40+125；內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過熱保護、電池反接和反插入保護電路。同時LM2940價格適中而且較容易購買，非常適合在本設(shè)計中使用。（2）單片機必須與大電流器件分開供電，避免大電流器件對單片機進行干擾，影響單片機的穩(wěn)定運行。1.2.4電機驅(qū)動模塊宿州學院畢業(yè)論文（設(shè)計）功能概述和方案設(shè)計4由于單片機的驅(qū)動能力不足，無法驅(qū)動像電機這樣的大功率外部器件，因此必須外加驅(qū)動電路。電機常用的驅(qū)動芯片很多，在本設(shè)計中選用了硬件設(shè)計簡單，驅(qū)動效率較高的L298N作為電機驅(qū)動芯片，L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。1.2.5車速檢測模塊對于小車的車速檢測及距離確定的一般原理是這樣的：小車的行駛過程是一個連續(xù)的時間過程，它的時間、路程、速度都是連續(xù)的。我們用t表示時間，S表示路程，表示瞬時速度，那么它們的數(shù)學定義為：svdt，dsvdt，小車的平均速度為：svt。將上面的式子離散化，假設(shè)在一個很短的時間t內(nèi)小車行駛了S的路程，則小車的即時速度NSLm。直接得到小車的速度的傳感器很難實現(xiàn)，但是小車行駛的距離是容易測量的，因為車輪在行駛的過程中一直在旋轉(zhuǎn)。假設(shè)車輪的周長為L，在時間t內(nèi)轉(zhuǎn)動了N圈，則小車行駛的距離為：SNL。在實際過程中，我們需要把車輪的轉(zhuǎn)動信息轉(zhuǎn)換成電信號，就是使用速度傳感器得到脈沖信號。如果小車轉(zhuǎn)動一周得到一個信號，則很